智慧製造系統基礎

前言

第1章 緒論1
1.1 資訊科技與智慧製造1
1.1.1 人工智慧改變社會形態1
1.1.2 「網際網路+」顛覆傳統產業創新
理念2
1.1.3 資訊科技帶來新興工業革命3
1.1.4 智能製造的概念5
1.2 智慧製造的發展與意義5
1.2.1 智慧製造發展的國家政策導向5
1.2.2 智能製造的意義6
1.3 中國智慧製造發展現況與麵臨的
問題8
1.3.1 中國製造業主要領域發展8
1.3.2 中國智慧製造發展面臨的問題12
1.4 智慧製造的目標與發展動向14
1.4.1 智慧製造的目標14
1.4.2 智慧製造的發展動向15
思考題16
第2章 製造系統概述17
2.1 製造系統及其作用17
2.1.1 製造與製造系統17
2.1.2 製造業的分類及其生產特性17
2.1.3 製造業的地位與作用22
2.2 製造系統的演進22
2.2.1 製造技術的發展及其作用23
2.2.2 製造模式的演進29
2.2.3 製造過程組織結構與管理方式
變化33
2.3 世界製造業發展格局變化34
2.4 製造業技術發展趨勢35
思考題36
第3章 智慧製造系統理論基礎37
3.1 資訊的概念、性質與功能37
3.1.1 資訊理論的形成37
3.1.2 資訊的定義39
3.1.3 資訊的性質40
3.1.4 資訊的價值41
3.1.5 資訊及資訊科學技術的作用42
3.2 系統的概念與性質42
3.2.1 系統的概念43
3.2.2 系統的性質43
3.2.3 系統性能評估標準45
3.2.4 系統整合46
3.3 控制、管理與決策47
3.3.1 控制47
3.3.2 管理48
3.3.3 決策50
3.4 資訊系統53
3.5 資訊物理系統54
3.5.1 CPS的概念54
3.5.2 CPS的本質55
3.5.3 CPS的層級56
思考題56
第4章 企業資訊化系統的體系結構與
功能57
4.1 企業資訊化系統及其演進57
4.1.1 早期企業資訊化系統57
4.1.2 電腦整合製造系統65
4.1.3 現行企業資訊化體系結構68
4.2 企業現行資訊化系統功能結構71
4.3 現行企業資訊化系統存在的
問題和改進方向73
4.4 智慧製造系統的功能結構74
4.5 現行企業資訊化系統與智慧製造
系統的關係77
思考題79
第5章 智慧製造系統的內涵與體系
結構80
5.1 智慧製造系統的內涵與系統架構
維度80
5.1.1 智慧製造系統的內涵80
5.1.2 智慧製造系統架構的維度解析80
5.1.3 中國智慧製造的系統架構83
5.2 美國、德國、日本三國智能製造
系統的內涵與體系結構84
5.2.1 美國智慧製造系統的內涵與體系
結構85
5.2.2 德國智慧製造系統的內涵與體系
結構88
5.2.3 日本智慧製造系統的內涵與體系
結構91
5.3 中國智慧製造系統的體系結構94
5.3.1 智慧製造的標準體系結構94
5.3.2 基礎共性標準98
5.3.3 關鍵技術標準99
5.3.4 產業應用標準105
5.4 智慧製造系統的基本特徵與基本
功能106
5.4.1 智能感知107
5.4.2 智慧決策108
5.4.3 精準控制109
5.4.4 智能服務109
思考題111
第6章 基於資訊物理系統的智慧製造
系統112
6.1 基於CPS的智慧製造系統體系
架構與基本概念112
6.1.1 基於CPS的智慧製造系統體系
架構112
6.1.2 物理系統的概念112
6.1.3 資訊系統的概念115
6.1.4 工廠資料中心的概念115
6.1.5 虛擬系統的概念115
6.2 智慧製造系統的單元級CPS116
6.2.1 智慧型設備功能116
6.2.2 智慧型設備核心技術120
6.2.3 智慧型設備範例122
6.3 智慧製造系統的系統級CPS126
6.3.1 物料管理功能127
6.3.2 產品品質管控功能128
6.3.3 流程協調最佳化功能129
6.3.4 設備智慧維與管理功能130
6.3.5 系統級CPS關鍵共性技術131
6.3.6 系統級CPS範例132
6.4 智慧製造系統的SoS級CPS135
6.4.1 SoS級CPS物理系統135
6.4.2 SoS級CPS資訊系統135
6.4.3 虛擬系統140
思考題143
第7章 智慧製造的核心技術144
7.1 智慧資料中心144
7.1.1 智慧資料中心的基本特徵144
7.1.2 智慧資料中心的架構設計145
7.1.3 智慧資料中心的典型應用149
7.2 支撐智慧製造的網路系統150
7.2.1 工業互聯網的特徵150
7.2.2 全球工業互聯網的發展概況151
7.2.3 我國工業互聯網發展概況153
7.2.4 工業互聯網體系架構簡介155
7.2.5 工業互聯網平台簡介156
7.3 人工智慧技術163
7.3.1 人工智慧技術的產生與發展163
7.3.2 人工智慧技術的研究現況164
7.3.3 人工智慧技術的分類165
7.3.4 人工智慧技術的主要應用領域166
7.4 狀態感知技術166
7.4.1 早期的「感應器件（效應
物質）」167
7.4.2 專業元件—感測器167
7.4.3 無線感測器網路168
7.4.4 大型整機類「巨型感測器」168
7.4.5 由生物或人類組成的「複合型
感測器”169
7.4.6 狀態訊號特徵提取169
7.4.7 智慧產品中的感測器169
7.5 控制優化技術171
7.5.1 基於模型的控制最佳化技術171
7.5.2 系統辨識技術173
7.5.3 預測控制技術175
7.5.4 故障診斷技術176
7.5.5 智慧調度技術177
7.6 科學決策技術180
7.6.1 科學決策概述180
7.6.2 智慧製造中的決策問題181
7.6.3 科學決策技術及其在智慧製造中的
應用183
7.7 虛擬製造與數位孿生技術187
7.7.1 虛擬製造與數位化工廠187
7.7.2 數位孿生技術190
思考題191
第8章 智慧製造系統建模基礎192
8.1 企業環境變遷與智慧製造系統
建模192
8.1.1 企業面臨的環境變遷192
8.1.2 企業建模需求193
8.2 企業建模195
8.2.1 企業建模的概念與目的195
8.2.2 企業建模的基本原則196
8.2.3 企業建模過程197
8.2.4 企業建模內容198
8.2.5 企業建模評價準則199
8.3 企業整合化建模方法與技術200
8.3.1 企業整合化建模的體系結構200
8.3.2 企業視圖模型的關聯與整合201
8.3.3 產品與資源建模202
8.3.4 過程建模204
8.3.5 資訊建模204
8.3.6 功能建模207
8.3.7 組織建模208
思考題212
第9章 智慧製造系統應用案例213
9.1 智慧製造產線/工廠213
9.1.1 西門子數位工廠213
9.1.2 華晨寶馬智慧製造技術與集成
應用216
9.1.3 寶鋼股熱軋1580智能製造
示範產線218
9.1.4 合力堆高機工業互聯網管控平台220
9.2 智慧製造技術在產品/服務提升
方面的應用223
9.2.1 GE智慧航空營運服務223
9.2.2 壓縮機智慧運維大數據應用226
9.2.3 基於大數據的晶圓製造品質管控227
9.2.4 複雜結構件加工過程智慧監控229
思考題232
附錄 專有名詞縮寫233
參考文獻237